Ученики на Учителя.com


Конспект урока "Паровая турбина. КПД теплового двигателя" 8 класс

Урок физики в 8 классе
Тема: «Паровая турбина.
КПД теплового
двигателя»
Учитель физики Наумова О.П.
2
Тема: «Паровая турбина. КПД теплового двигателя»
Цели:
1. Образовательные. Познакомить учащихся с устройством и
принципом действия паровой турбины. Ввести понятие КПД
теплового двигателя. Обозначить проблемы охраны
окружающей среды.
2. Развивающие. Развивать научное мировоззрение, логическое и
абстрактное мышление, умение анализировать физические
процессы, наблюдать, сравнивать, оценивать, устанавливать
связи между физическими явлениями.
3. Воспитательные. Воспитывать самостоятельность, культуру
речи, умение грамотно выражать свои мысли, используя
физическую терминологию, информационную культуру,
грамотное отношение к своему здоровью, экологическую
безопасность.
План:
1. Организационный момент.
2. Проверка знаний учащихся.
3. Актуализация опорных знаний (подготовка к восприятию
нового материала).
4. Изучение нового материала (лекция учителя).
5. Закрепление пройденного.
6. Подведение итогов урока. Выставление оценок.
7. Домашнее задание.
3
Ход урока:
1. Организационный момент.
Здравствуйте. Садитесь. Проверим вашу готовность к уроку. У вас на столах должны
быть тетради, учебники, дневники, ручки. Кто еще не готов к уроку, прошу поторопиться и
не задерживать нас. Кто отсутствует?.. Очень хорошо. Сядьте, пожалуйста, ровно.
Сконцентрируйтесь. Начнем наш очередной урок.
Мы заканчиваем изучение темы «Тепловые явления», но вначале давайте вспомним, о
чем шла речь на предыдущих уроках.
2. Проверка знаний учащихся.
Проверку домашнего задания проведем следующим образом. Один из вас будет у доски
решать задачу по материалу предыдущих параграфов, а остальные в это время будут
отвечать на мои вопросы. К доске пойдет … А остальных прошу быть предельно
собранными, внимательно слушать мои вопросы и если кто-то знает ответ прошу поднимать
руку, а не отвечать хором.
Фронтальный опрос учащихся:
1. Приведите примеры превращения внутренней энергии пара в механическую энергию
тела.
2. Какие двигатели называют тепловыми?
3. Какие виды тепловых двигателей вам известны?
4. Какие переходы и превращения энергии происходят в них?
5. Какой двигатель называют двигателем внутреннего сгорания?
6. Назовите основные узлы простейшего двигателя внутреннего сгорания.
7. Какие физические явления происходят при сгорании горючей смеси в двигателе
внутреннего сгорания?
8. За сколько ходов, или тактов, происходит один рабочий цикл двигателя? Сколько
оборотов делает при этом вал двигателя?
9. Какие процессы происходят в двигателе в течение каждого из четырех тактов?
10. Как называются эти такты?
11. Какие двигатели внутреннего сгорания чаще всего применяют в автомобилях? Где еще,
кроме автомобилей, применяют двигатели внутреннего сгорания?
Задача.
Сколько бензина нужно сжечь, чтобы 200 кг воды нагреть на 30ºС? (Ответ: m = 0,55 кг)
Итак, мы завершили проверку домашнего задания. Вы сегодня хорошо подготовились.
И пришло время продолжить изучение нашей темы, вернее не продолжить, а закончить.
Сегодня на уроке мы завершаем изучение темы «Тепловые явления» и подводим некоторые
итоги. Следующий наш урок будет посвящен решению задач и подготовке к контрольной
работе, а после ее написания мы приступим к изучению следующего большого раздела
«Электрические явления».
3. Актуализация опорных знаний.
Я неоднократно говорила вам о том, что все физические явления, законы в конечном
итоге находят применение в повседневной жизни человека.
Жизнь людей невозможна без использования различных видов энергии. Источниками
энергии являются различные виды топлива, а также энергия ветра, солнечная энергия,
энергия приливов и отливов.
4
Поэтому существуют различные типы машин, которые реализуют в своей работе
превращение одного вида энергии в другой. По своей сути машина – устройство, которое
служит для преобразования одного вида энергии в другой.
Тепловые машины преобразуют внутреннюю энергию в механическую. Мы с вами уже
изучили один из видов тепловых машин – двигатель внутреннего сгорания, а сегодня
познакомимся еще с одним видом – паровой турбиной, а кроме этого выясним такой вопрос,
что происходит с внутренней энергией в результате ее преобразования в механическую.
Итак, тема нашего урока «Паровая турбина. КПД теплового двигателя». Запишите,
пожалуйста, в ваших рабочих тетрадях число и тему урока.
4. Изучение нового материала (лекция учителя).
1. В современной технике кроме двигателя внутреннего сгорания широко применяют
другой тип теплового двигателя. В нем пар или нагретый до высокой температуры газ
вращает вал двигателя без помощи поршня, шатуна и коленчатого вала. Такие двигатели
называют турбинами.
Схема устройства простейшей паровой турбины приведена на рисунке. На вал 5
насажен диск 4, по ободу которого закреплены лопатки 2. Около лопаток расположены
трубы – сопла 1, в которые поступает пар 3 из котла. Струи пара, вырывающиеся из сопел,
оказывают значительное давление на лопатки и приводят диск турбины в быстрое
вращательное движение. (Просмотр кинофрагмента)
В современных турбинах применяют не один, а несколько дисков, насаженных на
общий вал. Пар последовательно проходит через лопатки всех дисков, отдавая каждому из
них часть своей энергии.
На электростанциях с турбиной соединен генератор электрического тока. Частота
вращения вала турбин достигает 30 000 оборотов в минуту, что является очень удобным для
приведения в движение генераторов электрического тока.
В нашей стране строят паровые турбины мощностью от нескольких киловатт до
1 200 000 киловатт. Применяют турбины на тепловых электростанциях и на кораблях.
Постепенно находят все более широкое применение газовые турбины, в которых вместо
пара используются продукты сгорания газа. (Просмотр кинофрагмента)
2. Разнообразие видов тепловых машин указывает лишь на различие в конструкции и
принципах преобразования энергии. Общим для всех тепловых машин является то, что они
изначально увеличивают свою внутреннюю энергию за счет сгорания топлива, с
последующим преобразованием внутренней энергии в механическую
Очевидно, что никогда не может произойти эквивалентного преобразования внутренней
энергии в работу: часть внутренней энергии уходит на нагревание деталей машин, на
преодоление трения в узлах, на рассеивание в окружающую среду.
Рассмотрим схему устройства теплового двигателя. Он состоит из нагревателя,
рабочего тела и холодильника. Газ или пар, который является рабочим телом, получает от
нагревателя некоторое количество теплоты. Рабочее тело, нагреваясь, расширяется и
совершает работу за счет своей внутренней энергии. Часть энергии передается атмосфере –
холодильнику – вместе с отработанным паром или выхлопными газами.
Очень важно знать, какую часть энергии, выделяемой топливом, тепловой двигатель
превращает в полезную работу. Чем больше эта часть энергии, тем двигатель экономичнее.
Для характеристики экономичности различных двигателей введено понятие
коэффициента полезного действия двигателя – КПД.
Отношение совершенной полезной работы двигателя, к энергии, полученной от
нагревателя, называют коэффициентом полезного действия теплового двигателя.
Определить КПД теплового двигателя можно по следующей формуле:
КПД = А
П
/Q
1
, или КПД = (Q
1
– Q
2
)/Q
1
,
5
Где А
П
– полезная работа, Q
1
– количество теплоты, полученное от нагревателя, Q
2
–
количество теплоты, отданное холодильнику, Q
1
– Q
2
– количество теплоты, которое пошло
на совершение работы. КПД выражается в процентах.
Например, двигатель из всей энергии, выделившейся при сгорании топлива, расходует
на совершение полезной работы только одну четвертую часть. Тогда коэффициент полезного
действия двигателя равен 1/4, или, 25%, так как КПД обычно выражают в процентах.
КПД двигателя всегда меньше единицы, т. е. меньше 100%. Например, КПД двигателя
внутреннего сгорания 20 – 40%, паровых турбин – свыше 30%, дизельных двигателей – 35 -
42%. Это достаточное достижение современной науки и техники. Первая паровая машина
преобразовывала менее 1% от всей энергии в полезную работу.
3. При использовании тепловых машин остро встает вопрос загрязнения окружающей
среды.
При сжигании топлива в атмосферу попадает очень много вредных выбросов. К ним
можно отнести углекислый газ СО
2
, угарный газ СО, различные виды сернистых
соединений, а также соединения тяжелых металлов.
Поэтому очень большое внимание следует уделять развитию методов защиты
окружающей среды от этих продуктов сгорания и созданию новых альтернативных
источников энергии. К ним можно отнести двигатели, работающие на солнечной энергии, на
электрической энергии, на энергии приливных волн и так далее. Именно это направление
является наиболее перспективным.
Кроме того, такие виды топлива как нефть, уголь, природный газ являются
невосполнимыми источниками энергии. В ближайшие 50–100 лет человечество столкнется с
проблемой нехватки традиционных видов топлива.
С другой стороны, прогресс нашей цивилизации напрямую связан с применением
различных видов тепловых машин: нет ни одной области человеческой деятельности, где бы
не применялись машины.
С момента, когда Джеймс Уатт в 1768 году построил первую паровую машину, до
настоящего времени прошло более 240 лет. За это время тепловые машины очень сильно
изменили содержание человеческого труда. Именно применение этих машин позволило
человечеству шагнуть в космос, раскрыть тайны морских глубин. Уровень развития любой
страны определяется тем, какое количество различных машин приходится на душу
населения.
5. Закрепление пройденного.
А сейчас пришло время подвести некоторые итоги и убедиться в том, что вы поняли, о
чем шла речь сегодня на уроке. Ответьте, пожалуйста, на мои вопросы.
1. Какие тепловые двигатели называют паровыми турбинами?
2. В чем отличие в устройстве турбин и поршневых машин?
3. Пользуясь рисунком, расскажите, из каких частей состоит паровая турбина и как она
работает.
4. Почему в тепловых двигателях только часть энергии топлива превращается в
механическую энергию?
5. Что называют КПД теплового двигателя?
6. Как определить КПД машины?
7. Почему КПД двигателя не может быть не только больше 100%, но и равен 100?
8. Как можно повысить КПД тепловой машины?
Ну что же, вы хорошо ответили на мои вопросы, а это говорит о том, что вы
внимательно меня слушали. А теперь мы с вами прорешаем задачи на определение КПД
теплового двигателя и на тему «Тепловые двигатели».
6
Задачи:
1. Тепловая машина, получив 4000 Дж тепла, совершила работу в 1 кДж. Определите
КПД машины. (Ответ: КПД = 25%)
2. КПД машины 40%. Определите работу, которую совершила машина, если она
получила 6 кДж тепла. (Ответ: А = 2400 Дж)
3. Выполняя домашнее задание, ученик записал: «К машинам с тепловым двигателем
относятся: реактивный самолет, паровая турбина, мопед». Дополните эту запись
другими примерами.
4. Объясните причину вращения колеса (см. рисунок). Какие преобразования энергии
происходят при этом?
6. Подведение итогов урока. Выставление оценок.
А сейчас пришло время подвести итоги урока. Мы с вами закончили изучение главы
«Агрегатные состояния вещества» и вместе с тем большого раздела «Тепловые явления» и
оценки, которые вы сегодня получаете: следующие… (Выставление оценок с
комментариями)
7. Домашнее задание.
А теперь откройте дневники и запишите домашнее задание: §23, §24, № 930 (из
сборника В.И. Лукашика, прокомментировать).
Скачать материал

Физика - еще материалы к урокам: